Procédés durables et intensifiés pour la conversion de sucres en dérivés de furanes biosourcés en réacteurs multiphasiques. // sustainable and intensified processes for the conversion of sugars into bio-based furan derivatives in multiphase reactors.

Topic description

Cette thèse vise le développement de procédés innovants, durables et intensifiés pour la production de dérivés de furanes biosourcés à partir de fractions osidiques de la biomasse (glucose, cellulose et autres polysaccharides), en ciblant notamment le 5-hydroxyméthylfurfural (HMF), le chlorométhylfurfural (CMF), le 2,5-diformylfurane (DFF), leurs acides, alcools et amines correspondants.
Le projet combinera synthèse organique, catalyse homogène/hétérogène et génie des procédés, afin de concevoir des chaînes de transformation continues depuis les sucres jusqu'aux plateformes furanes, en maîtrisant l'écoulement et les transferts multiphasiques (gaz/liquide/solide), ainsi que la formation d'humines, la purification des produits et la gestion d'acide fort (e.g. HCl aq./gazeux) dans des conditions compatibles avec la chimie durable (absence de solvants chlorés, intensification des transferts de matière et de chaleur).
Des procédés originaux seront développés pour : (i) la déshydratation sélective du glucose et de la cellulose vers HMF et CMF, (ii) la conversion contrôlée du CMF en HMF (e.g. réacteurs gaz-liquide), (iii) l'oxydation directe vers le DFF, (iv) la synthèse de diols, d'acides et diamines furanes, ainsi que (v) l'ouverture réductrice du cycle furanique.
L'étude intégrera l'ingénierie de réacteurs batch et continus, l'utilisation de catalyseurs organiques ou minéraux et de modes d'activation alternatifs (micro-ondes, broyage mécanique, ultrasons, photochimie), ainsi qu'une analyse de cycle de vie comparant les procédés développés aux voies pétrosourcées et aux technologies industrielles existantes.
Ce travail s'inscrit dans une approche de bioraffinerie en visant la montée en échelle, l'éco-conception des procédés et la production de briques moléculaires renouvelables pour la chimie et les matériaux du futur.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

This PhD project focuses on the development of innovative, sustainable and intensified chemical processes for the production of bio-based furan derivatives from carbohydrate fractions of biomass (glucose, cellulose and other polysaccharides). Target molecules include 5-hydroxymethylfurfural (HMF), chloromethylfurfural (CMF), 2,5-diformylfuran (DFF) and their corresponding acids, alcohols and amines, which are key platform molecules for renewable chemicals and materials.

The project will combine organic synthesis, homogeneous and heterogeneous catalysis, and chemical process engineering to design continuous transformation pathways from sugars to furan-based platform molecules. Particular attention will be devoted to multiphase flow systems (gas/liquid/solid), mass and heat transfer intensification, control of humin formation, product purification, and the management of strong acids (e.g., aqueous or gaseous HCl) under sustainable chemistry conditions (avoidance of chlorinated solvents, process intensification).

The research will explore several key transformations, including:

selective dehydration of glucose and cellulose to HMF and CMF,

controlled conversion of CMF to HMF (e.g., in gas–liquid reactors),

direct oxidation of HMF to DFF,

synthesis of furan-based diols, acids and diamines,

reductive opening of the furan ring toward new bio-based intermediates.

The work will involve batch and continuous flow reactor engineering, the use of organic and inorganic catalysts, and the investigation of alternative activation modes such as microwave irradiation, mechanochemistry (ball milling), ultrasound and photochemistry.

Finally, the project will include a life cycle assessment (LCA) to evaluate the environmental performance of the developed processes compared with petrochemical routes and existing industrial technologies.

The PhD project is part of a broader biorefinery strategy, aiming at process scale-up, eco-designed chemical transformations and the production of renewable molecular building blocks for next-generation materials and chemicals.
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Début de la thèse : 01/10/

Funding category

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Funding further details

Concours pour un contrat doctoral